《傾轉旋翼飛行器模態轉換階段非線性控制方法研究》是依託廈門大學，由曾建平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：傾轉旋翼飛行器模態轉換階段非線性控制方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：曾建平
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
傾轉旋翼飛行器能夠在複雜環境下實現垂直起降，具備較強的巡航與運載能力，在國防和民用領域均有廣泛套用前景。在模態轉換飛行階段，傾轉旋翼飛行器是典型的過驅動系統，偏航、俯仰和橫滾三通道之間耦合嚴重，系統呈現出非仿射、非線性和時變的動力學特徵，這給飛行控制系統設計帶來很大挑戰。本項目藉助虛擬/廣義操縱舵概念，將飛行器的六自由度動力學方程轉換為有別於傳統狀態空間描述的控制設計模型。該模型包含常規的非線性狀態方程，以及反映虛擬舵偏轉與實際舵偏轉約束關係的一組代數方程。在此基礎上，套用SOS凸最佳化理論，研究這類系統的非線性控制和強魯棒控制問題，建立非線性時變系統的控制設計方法。現有非線性控制方法較少涉及性能指標要求，進一步探索多種性能指標約束下的非線性控制方法。這些內容是對非線性和魯棒控制理論的有益補充。最後，通過仿真實驗驗證理論成果的可行性，為傾轉旋翼飛行器控制設計提供新的原理和方法。
結題摘要
傾轉旋翼飛行器模態轉換階段飛行控制是目前航空領域一項有挑戰性的工作。在模態轉換階段，傾轉旋翼飛行器呈現出強耦合、非仿射、非線性和時變動力學特徵。相比常規飛行器，傾轉旋翼飛行器具有更大的飛行包線和更複雜的動力學特徵。此外，飛行過程中，還存在著不可忽視的外部擾動和參數攝動等不確定性。因而，傳統的基於小擾動線性化的方法不再適用於傾轉旋翼飛行器模態轉換階段飛行控制。 本項目中，傾轉旋翼飛行器模態轉換階段的飛行控制問題被轉換為含時變參數的多項式非線性系統的鎮定問題。首先，藉助虛擬/廣義操縱舵概念，我們將傾轉旋翼飛行器六自由度動力學方程轉換為面向控制的模型，即含時變參數的多項式非線性系統。其次，採用多項式SOS凸最佳化理論，我們針對這類系統建立了非線性時變鎮定控制方法。進一步，針對輸入受限情形，我們給出了指數鎮定結果。再次，設計了基於干擾觀測器的控制方案，提高了系統對外部擾動和參數攝動的魯棒性。此外，我們還提出套用S型軌跡規划算法設計傾轉角參考軌跡，配合控制律設計，形成傾轉旋翼飛行器軌跡規劃和跟蹤控制一體化設計方法。最後，本項目的理論成果套用在傾轉旋翼飛行器模態轉換階段的飛行控制，仿真驗證了方法的可行性和有效性。 本項目形成的含時變參數的多項式非線性系統控制理論和方法，是對現有的多項式LPV和多項式非線性系統控制理論的進一步發展和推廣，也是對現有時變非線性控制理論和魯棒控制理論的有益補充，具有廣闊的套用前景。
